第四章土中应力-1.ppt

第 四 章  土体中的应力计算 §4.5 有效应力原理 侧限应力状态 – 太沙基渗压模型 附加应力情况 p 附加应力: ?z=p 超静孔压: u=?z=p 有效应力: ??z=0 附加应力:σz=p 超静孔压: u p 有效应力:σ?z0 附加应力:σz=p 超静孔压: u =0 有效应力:σ?z=p §4.5 有效应力原理 附加应力情况 固结过程中，u和??随时间变化，固结过程的实质就是土中两种不同应力形态的转化过程 超静孔压力u是由外荷载引起的，它是超出静水位以上的那部分孔隙水压力，u总=u静+u超静 侧限条件t=0时的超静孔压在数值上等于外荷载增量，也即，孔压系数： 侧限应力状态及一维渗流固结 土体在受到外荷载后，产生超静孔隙水压力，超静孔隙水压力随时间逐步消散，土体骨架的有效应力逐渐增加，这一过程称土体的渗流固结 §4.5 有效应力原理 附加应力情况 三轴应力状态 ?1 ?3 ?2 ?1﹥?2 = ?3 三轴应力状态 等向压缩应力状态 偏差应力状态 §4.5 有效应力原理 ??1 ??3 ??2 三轴应力状态 等向压缩应力状态 偏差应力状态 ??3 ??3 ??3 ??1-??3 ??1-??3 = = + + 附加应力情况 三轴应力状态 ?u ?uB ?uA §4.5 有效应力原理 附加应力情况 三轴应力状态 关闭排水阀门，连接孔压传感器，施加围压??，量测超静孔隙水压力 ?uB 施加(?1 -??)进行剪切时，关闭排水阀门。用孔压传感器量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力 ?uA 试样 围压力?3 阀门 阀门 马达 横梁 量力环 百分表 量水管 孔压 量测 不固结不排水试验 §4.5 有效应力原理 附加应力情况 三轴应力状态 等向压缩应力状态 孔隙流体产生超静孔压?uB 土骨架有效附加应力：??3-?uB 孔隙流体的体积变化： 土骨架体积变化： 不排水、不排气： ΔV1=ΔV2 ??3 ??3 ??3 ?uB 体积V 孔隙率n 孔隙流体和土骨架为弹性体，其体积压缩系数分别为Cf和Cs §4.5 有效应力原理 附加应力情况 孔压系数B： 表示单位周压力增量所引起的孔压力增量 饱和土：Cf=Cw??Cs ? B ? 1.0 干 土 ：Cf﹥﹥Cs ? B=0 非饱和土：B=0-1之间 B是一个反映土饱和程度的指标 三轴应力状态 等向压缩应力状态 ??3 ??3 ??3 ?uB 体积V 孔隙率n 孔隙流体和土骨架为弹性体，其体积压缩系数分别为Cf和Cs §4.3 附加应力 非线性和弹塑性 影响土中应力分布的因素 对竖直应力计算值的影响不大 对水平应力有显著影响 变形模量随深度增大的地基 是一种连续非均质现象，在砂土地基中尤为常见 使应力向应力的作用线附近集中 Ex/Ez1 时，Ex相对较小，不利于应力扩散 ? 应力集中 Ex/Ez1 时，Ex相对较大，有利于应力扩散 ? 应力扩散 各向异性地基 矩形面积水平均布荷载 条形面积竖直均布荷载 竖直 集中力 面积分 线积分： 竖直线布荷载 矩形面积竖直三角形荷载 圆形面积竖直均布荷载 矩形面积竖直均布荷载 宽度积分 L/B?10 水平集中力 面积分 满足叠加原理，可对各种特殊荷载和面积进行分解和组合，利用已知解和求解 小 结 §4.3 附加应力 第四章：土体中的应力计算 影响因素 计算方法 分布规律 §4.1 应力状态及应力应变关系 ? §4.2 自重应力 ? §4.3 附加应力 ? §4.4 基底压力计算 §4.5 有效应力原理 §4.6 常规三轴压缩试验 §4.4 基底压力计算 基底压力：基础底面传递给地基表面的压力，也称基底接触压力。 基底压力既是计算地基中附加应力的外荷载，也是计算基础结构内力的外荷载，上部结构自重及荷载通过基础传到地基之中 基底压力计算 上部 结构 基础 地基 建筑物设计 基础结构的外荷载 基底反力 基底压力 附加应力 地基沉降变形 §4.4 基底压力计算 基底压力的影响因素 刚度 形状 大小 埋深 大小 方向 分布 土类 密度 土层结构等 基底压力是地基和基础在上部荷载作用下相互作用的结果，受荷载条件、基础条件和地基条件的影响 荷载条件： 基础条件: 地基条件： 暂不考虑上部结构的影响，用荷载代替上部结构，使问题得以简化 §4.4 基底压力计算 抗弯刚度EI=∞ → M≠0 基础只能保持平面下沉不能弯曲 分布: 中间小, 两端无穷大 基础抗弯刚度EI=0 → M=0 基础变形能完全适应地基表面的变形 基础上下压力分布必须完全相同，若不同将会产生弯矩